低温下几种沉水植物对生活污水深度处理的效果研究

1、低温下几种沉水植物对生活污水深度处理效果的研究胡彦春,魏铮,洪剑明3(首都师范大学生命科学学院,北京100037),研究了6种沉水植物(黑藻、摘要在实验室人工模拟北京地区初春较寒冷的气象条件下(10马来眼子菜、北京水毛茛、轮藻、狐尾藻和小茨藻)对低浓度生活污水的净化效果。结果表明:6种沉水植物能够明显提高水体溶氧量和pH值,对水中氮磷的去除效果良好;轮藻对水中磷的净化效果突出;6种沉水植物对水中化学需氧量COD的净化效果不明显。总体上看,狐尾藻、轮藻和小茨藻改良效果最好,可以用于北方地区低温条件下生活污水的深度处理。关键词沉水植物;生活污水;低温;净化效果中图分类号X173文献标识码A文章编号

2、0517-6611(2008)04-01573-03ResearchontheDeepTreatmentEffectofSeveralSubmergedPlantsonDomesticSewageunderLowTemperatureHUYan2chunetal(CollegeofLifeScience,CapitalNormalUniversity,Beijing100037)inBeijingareainearlyspringwassimulatedartificiallyinlaboratory,thepurifyingeffectsunderAbstractThecoldermeteo

3、rologicalcondition(10沉水植物具有较好的净化水体功能,而且很多都是春秋季植物,还有一些植物(如菹草)是越冬生长的,因此对低温有很好的耐受能力。同时,沉水植物还能为水生动物提供生存环境,美化园林水景7。因此,筛选一些既耐低温又高效脱氮除磷的沉水植物,使其在秋冬季节仍能发挥净化水体的有效作用,避免因季节的变化导致水体水质出现明显波动,具有重大的理论意义和现实意义。笔者选取北京地区常见的沉水植物作为试验对象,利用人工模拟自然条件的方法,研究低温季节不同沉水植物对N、P吸收利用的差异以及对污水水体溶氧量、pH值的影响,为解决北方地区低温条件下利用植物处理污水问题提供新的途径。1材料

4、与方法1.1试验材料选用北京地区6种常见的沉水植物:黑藻(买自北京官园花鸟鱼市场),马来眼子菜(采自野鸭湖自然510d。于2007年5月28日称取鲜重约13g、生长状况良好的6种植物植株,种植在3L烧杯中。为了固定植物,杯底铺上2cm厚的石英砂。烧杯中加入2.5L用自来水稀释过的学生宿舍生活污水。水质指标:pH值7.73,溶解氧4.53mg/L,总氮12.32mg/L,氨氮10.86mg/L,总磷0.41mg/L,CODcr19mg/L。相同条件下每种植物均设2个平行样。另外,取只含石英砂而不放植物的作为空白对比样品,空白也设2个平行样。1.3测定项目及方法植物样鲜重称量前先用吸水纸擦干表面水

5、珠,再放阴凉处吹干,然后用分析天平称量3次,稳定后记录其质量并取平均值。试验前测定污水的初始数值,试验开始后定期(第1、3、5天)取烧杯中的水样,分别测总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、化学需氧量(CODcr)以及水体的pH值、溶解氧(DO)含量。pH值、溶解氧(DO)用美国哈希公司的Hydrolab多参数水质监测仪测定,水溶液中的TN用紫外分光光度法测定,NH4+-N用纳氏试剂比色法测定,TP用钼锑抗分光光度法测定,CODcr采用重铬酸钾法。各种指标的测试方法均按水和废水监测分析方法进行8。2结果与分析2.1不同沉水植物对污水营养成分的吸收物在低温下均能吸收TN,但存在较明显

6、的差异。马来眼子菜、狐尾藻随停留时间的延长,去除效果越来越好。而黑藻、北京水毛茛第3天的去除效果好于第5天。轮藻和小茨藻第3天和第5天的去除率差不多。这表明试验水体中的TN浓度偏高,超过了一些植物吸收的阈值,因此抑制了植物后期对TN的吸收。总的来看,狐尾藻和小茨藻对TN的去除效果最好,去除率达30%以上,黑藻和马来眼子菜对TN的去除率不到15%。6种水生植物对TN的去除效果依次为狐尾藻保护区),北京水毛茛(采自松山),轮藻、狐尾藻和小茨藻(均采自北京市顺义区汉石桥湿地自然保护区)。1.2试验设计试验在智能人工气候箱中进行,温度控制在10,光照约为6000lx模拟自然日照。将采集的植物先基金项目

7、北京市教育委员会(KM200510028009)。作者简介胡彦春(1983-),女,北京人,硕士研究生,研究方向:湿地生理生态与人工湿地污水处理。3通讯作者。收稿日期2007210212物对NH4+-N的吸收效果均明显好于TN。试验开始的第51574安徽农业科学2008年天,除黑藻外,其余植物对NH4+-N的去除率都在50%以上,狐尾藻达70%。这主要是因为沉水植物提高了水体中DO浓度,形成的好氧条件有利于NH4+-N进行硝化作用转的浓度。化为硝酸盐,然而这种反应过程会增加水体中的NO3-N的浓度,从而使TN的下降幅度变小。6种植物对NH4+-N的去除效果依次为狐尾藻>小茨藻>北京

8、水毛茛>马来眼子菜>轮藻>黑藻。图的去除率f6ofsubmersedplantstoTP2.(CODcr)的影响。由图4可知,种植6种植物的污水中CODcr的下降幅度并不大,说明这6种植物在低温下对水中耗氧有机物的去除效果不明显。图16TN的去除率Fig.1Thecleaningrateof6speciesofsubmersedplantstoTN这可能是因为低温导致部分水生植物叶子衰老、死亡,产生新的有机物溶入水中。由此表明,沉水植物在低温季节降低CODcr的作用是有限的。图4污水中COD浓度的变化Fig.4ChangesofCODcrconcentrationinsewa

9、ge+图26种沉水植物对NH-N的去除率4+Fig.2Thecleaningrateof6speciesofsubmersedplantstoNH-N4植物都使水体中的DO含量显著提高。这是因为沉水植物的通气组织特别发达,能在水中空气极度缺乏的情况下进行光合作用9,而且产生的氧气全部释放于水中,从而提高水体中的溶解氧含量。2.2.3沉水植物对pH值的影响。由图6可知,6种植物都有石英砂的空白对照中磷的含量变化不大,说明石英砂对磷元素的吸附作用与温度有很大关系,低温抑制了石英砂的吸附作用。由图3可知,第1天轮藻对磷的去除率高达60%,并且在接下来的2d去除率仍然稳步提高,第5天的去除率达80%以

10、上,效果相当显著。此外,除黑藻以外的其他植物对TP的去除效果差不多,去除率约为30%,且随着停留时间的延长去除率逐渐提高。总的来看,6种植物对TP的去除效果依次为轮藻>小茨藻>狐尾藻>马来眼子菜>北京水毛茛>黑藻。可见,试验水体中的磷未达到限制植物生长吸收使污水pH值比对照高得多,达89。这是因为沉水植物在光合作用过程中大量消耗水中的CO2,从而使水体pH值上升10,尤其白天光照强时影响更明显。3结论与讨论在低温条件下,试验选择的6种植物均能生长良好,且在一定程度上可以吸收污水中的营养物质。6种植物脱氮除36卷4期胡彦春等低温下几种沉水植物对生活污水深度处理效果的

11、研究1575季节水生植物降低CODcr的效果不理想,与对照没有明显差异。这表明低温使植株或部分组织衰老枯死,沉积到水体中,导致CODcr浓度上升。6种沉水植物能够显著提高水体的溶氧量和pH值。因此,种植沉水植物是污染水体复氧和水质条件改善的一条有效途径。沉水植物中的轮藻、狐尾藻和小茨藻环境适应性强,对氮磷的吸收效果也较突出,可以用于北京地区生活污水的深度处理。在北方低温条件下,利用水生植物净化生活污水具有运行费用低、易维护、避免二次污染等优点。但不同植物对氮磷元素吸收和水体净化效果差异较大,而且对于同一种植物来说,某一方面效果好,图5污水中DO浓度的变化Fig.5ChangesofDOconc

12、entrationinsewage可能另一方面效果会相对差些。因此,在利用水生植物处理污水时,要合理搭配植物,使处理效果达到最佳。同时,在挑选植物时也要考虑景观效果和经济价值,达到生态价值和经济价值的双赢。参考文献1KOOTTAT,POfuptakeonnitrogenremovalinWaterScienceandTechnology,(:1-8.,5J.环,18(3):33-38.LAVGM,MICHAELAZ,LUDMILAIY,etal.Theuseofcon2structedwetlandsforthetreatmentofrun2offanddrainagewaters:theUK

13、andUKRAINEexperienceJ.WaterScienceandTechnology,1996,33(425):315-323.4李建娜,胡曰利,吴晓芙,等.人工湿地污水处理系统中的植物氮磷吸收富集能力研究J.环境污染与防治,2007,29(7):506-509.5卢少勇,张彭义,余刚,等.人工湿地处理农业径流的研究进展J.生态学报,2007,27(6):2627-2635.6刘春常,安树青,夏汉平,等.几种植物在生长过程中对人工湿地污水处理效果的影响J.生态环境,2007,16(3):860-865.7孔杨勇,夏宜平,陈煜初.沉水植物的研究现状及其园林应用J.中国园林,2005,2

14、1(6):65-68.8国家环境保护总局.水和废水监测分析方法M.4版.北京:中国环境科学出版社,2002:12.9赵家荣,秦八一.水生观赏植物M.北京:化学工业出版社,2003.10陈佳荣.水化学M.北京:中国农业出版社,1996.图6污水pH值的变化Fig.6ChangesofpHvalueinsewage磷的能力存在差异。对TN的吸收效果以狐尾藻最好;对TP的吸收效果以轮藻最好,并且吸收效果尤为突出,第5天去除率达80%以上,其余几种沉水植物去除率比较相似。总的看来,低温季节植物对氮和磷的去除率都在30%左右。低温(上接第1555页)数据的能力,以25m×25m的栅格数据为基本

15、单元,通过土壤侵蚀方程各参数的时空定量模拟和空间叠加,对栖霞市1987和2003年土壤侵蚀的时空变化进行了一体化评价,并且对土壤侵蚀变化规律与土地利用变化关系进行了分析。研究结果精度较高,空间分布规律明显,科学合理,具有较强的现实指导意义。研究表明,19872003年栖霞市土壤侵蚀整体上呈减少趋势,中度以上侵蚀面积减少344.15km2,全市土壤侵蚀量减少369.55×104t,水土流失治理效果明显;空间分布上,由东部牙山和西北部艾山为主干形成的东南西北分水岭向西南和东北方向土壤侵蚀强度逐渐降低。但是,局部区域土壤侵蚀强度的增加不容忽视。林地和园地是栖霞市减少水土流失的有效类型,草坡

16、地限制土壤侵蚀的效果比较明显,而坡耕地和未利用地则是土壤侵蚀综合治理的关键。所以,为确保生态安全,还需对未来土地利用格局进行优化。参考文献1FOLLETTSTEWARTBA.SoilerosionandcropproductivityM.WisconsinUSA:AmericanSocietyofAgronomyMadison,1985:98-102.2张宪奎.黑龙江省土壤流失方程的研究J.水土保持通报,1992,12(4):1-3.3杨艳生.区域性土壤流失预测方程的初步研究J.土壤学报,1990,27(1):73-79.4杨雨行,曾平江,雷孝章.四川省西充县土壤侵蚀模数数学模型和侵蚀强度分级

17、的研究J.北京林业大学学报,1990,12(2):48-54.5蔡强国,陆兆熊,王贵平.黄土丘陵沟壑典型小流域侵蚀产沙过程模型J.地理学报,1996,51(2):108-117.6杨勤科,李锐,曹明明.区域土壤侵蚀定量研究的国内外进展J.地球科学进展,2006,21(8):849-856.7胡良军,李锐,杨勤科.基于GIS的区域水土流失评价研究J.土壤学报,2001,38(5):167-175.8杨存建,刘纪远,张增祥,等.不同高程带上的土壤侵蚀特征分布J.水土保持通报,2001(4):15-18.9赵善伦,尹民,张伟,等.GIS支持下的山东省土壤侵蚀空间特征分析J.地理科学,2002(6):

18、694-698.10王思远.不同土壤侵蚀背景下土地利用的时空演变J.山地学报,2002(1):19-25.11国家标准局.土壤侵蚀分类分级标准SL190296M.北京:中国水利水电出版社,1997.12ARNOLDUSHMJ.AnapproximationoftherainfallfactorintheuniversalsoillossequationJ.AssessmentofErosion,1980,21(6):614-628.13MOOREID,BURCHGJ.Physicalbasisofthelength2slopefactorintheuni2versalsoillossequationJ.SoilScienceSocietyofAm